Ядерные реакторы
РБМК 1000
Математика
Курсовые
Альтернативная энергетика
ВВЭР
Информатика
Черчение

Теплоэнергетика

Реактор БН
Сопромат
Электротехника
Ядерная физика
Ядерное оружие
Графика
Карта

Деление ядер

Открытие и капельная модель

Таким образом, процесс деления осуществится, если ядро перейдет из устойчивого состояния a на рис. 5.1.2 (фаза 1 на рис. 5.1.3) в состояние b (фаза 4 на рис. 5.1.3), преодолев потенциальный барьер.  Преодоление барьера высотой Wf, как необходимое условие деления, возможно двумя способами.

1. Надбарьерный переход, когда необходимая энергия сообщается ядру в результате ядерной реакции и возбуждаются колебания ядра с амплитудой α > αm, а необходимая энергия возбуждения образующегося промежуточного ядра W2 > Wf (см. рис. 5.1.2) привносится в ядро извне при захвате нейтрона, заряженной частицы или при передачи ядру энергии γ-кванта. Подобный механизм деления, как отмечалось выше, называется вынужденным делением.

2. Деление осуществляется подобно α-распаду при прохождении осколков деления сквозь потенциальный барьер посредством туннельного эффекта. Такая возможность носит название спонтанного деления и осуществляется у самых тяжелых ядер. Необходимая для деформации ядра энергия есть результат квантовомеханических флуктуаций, и носит виртуальный характер. Возможность спонтанного деления определяется барьерным расстоянием (расстояние между точками a и b на рис. 5.1.2), которое при заданной величине Wf барьера деления зависит, в свою очередь, от величины энергии возбуждения ядра W1.

Высота барьера деления Wf для ядра (A,Z) определяется разностью поверхностной и кулоновской энергий делящегося ядра

Wf = Wповm) - Wкулm). 

(5.1.1)

Поверхностная и кулоновская энергии ядра (A,Z) в результате малой деформации должны быть пропорциональны величинам Wпов(A,Z) и Wкул(A,Z), которые даются вторым и третьим членами формулы (2.1.1):

Wпов(α) = Wпов(A,Z)·φ(α) = a2A2/3 φ(α) ,

(5.1.2)

Wкул(α) = Wкул(A,Z)·ψ(αa3 (Z2/A1/3) ψ(α.

(5.1.3)

Энергетический барьер Wf обращается в нуль, если

Wпов(a = αm) = Wкул(а = αm), 

(5.1.4)

Откуда, с учетом (5.1.2) и (5.1.3), получим

.

(5.1.5)

Оценка величины отношения φm)/ ψm) по капельной модели дает величину, равную 2. В зависимости от оценок величин коэффициентов а2 и а3 в формуле Вейцзеккера (2.1.1) равенство (5.1.5) будет иметь вид:

.

(5.1.6)

Деление образовавшегося ядра, если выполняется условия (5.1.6) будет происходить мгновенно (за время ~ 1023c).

Отношение Z2/называется параметром делимости, а его величина определяет вероятность спонтанного деления. Чем меньше параметр делимости, тем меньше, как правило, вероятность спонтанного деления. Данные, представленные в таблице 5.1.1, иллюстрируют подобную тенденцию.

Таблица 5.1.1.

Нуклид

232Th

238U

240Pu

244Cm

252Cf

256Fm

Z2/A

35

35,6

36,8

37,8

38,1

39

T1/2, лет

1,4·1021

8,1·1015

1,2·1011

1,3·107

85,4

2,7 час

Для того, чтобы ядро с Z2/< 45 разделилось быстро, т.е. надбарьерным путем, в ядро должна быть, как указано выше, внесена энергия возбуждения, превышающая барьер деления Wf .

В 1919 г., продолжая эксперименты по рассеянию α- частиц на различных мишенях, Э. Резерфорд обнаружил, что при бомбардировке ядер азота α-частицами из него вылетают положительно заряженные частицы. Величина заряда этих частиц по абсолютной величине была равна величине заряда электрона, но противоположна по знаку. Масса частицы была почти в 2000 раз больше массы электрона. Повторение опыта на других мишенях показало, что положительно заряженные частицы вылетают и из других атомных ядер.

Э. Резерфорду удалось осуществить то, что в течение многих веков пытались сделать алхимики - превратить одно вещество в другое. Ядро азота превращалось в ядро кислорода. Это была первая ядерная реакция, осуществленная искусственно в лабораторных условиях. В то же время стало ясно, что протоны следует считать элементарными частицами, входящими в состав атомного ядра.

Открытие и капельная модель

Инженерная графика

 

Сопромат